混凝土的綠色化

摘要:闡述了混凝土與環(huán)境之間的關系,說明了混凝土綠色化的必然性,提出了綠色化的途徑,最終期望加快實現混凝土的綠色化,達到混凝土的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞:混凝土; 環(huán)境影響; 綠色化

中圖分類號: TU528. 1　　

文獻標識碼: A　　

文章編號: 1006 - 7329 (2006) 05 - 0129 - 03

　　21世紀是一個可持續(xù)發(fā)展的時代,節(jié)約能源、保護環(huán)境是時代的主題。隨著人口的增長和人類物質活動規(guī)模的增大已引起了全球性的環(huán)境危機。今后人類將面臨溫室效應、酸雨、臭氧層破壞、氣候異常、土地荒漠化、土壤衰竭等嚴重影響人類生存的環(huán)境。對材料科學者來說,有效地利用有限的資源,減少材料對環(huán)境的負荷,在材料的生產、使用和廢棄過程中保持資源平衡,是一項義不容辭的責任。然而混凝土作為當前最大宗的人造材料,其生產消耗大量的資源和能源,污染環(huán)境,更應加強對混凝土的綠色化?；炷恋木G色化就是指混凝土在生產過程和應用過程的綠色化,既在保證混凝土性能的前提下,減少水泥用量;大量利用優(yōu)質的工業(yè)廢渣、再生骨料和代用骨料,減少自然資源和能源的消耗;提高混凝土安全使用壽命,減少因修補或拆除造成的浪費和二次污染;大力推廣預拌混凝土,減少環(huán)境污染。

1　混凝土與環(huán)境

1. 1　混凝土對地球環(huán)境的影響

　　混凝土對環(huán)境的影響應從前期影響、生產過程影響和后期影響三個方面考慮。前期影響是指混凝土原材料對環(huán)境的影響。作為混凝土原材料之一的水泥膠凝材料是影響環(huán)境的主要因素,每生產1 t普通硅酸鹽水泥要排放1 tCO2、0. 74 kgSO2 和130 kg粉塵^{[ 4 ]} 。據統計我國CO2 排放量1998年為3. 9億t, 2002年為5. 5億t; SO2 排放量1997年86萬t, 2002年68. 6萬t;氮氧化物排放量1997年44～62萬t;煙塵和粉塵排放量1997年全國水泥企業(yè)煙塵加粉塵總排放量約690～750萬t,占全國工業(yè)企業(yè)煙塵加粉塵總排放量的24. 9%～27. 1% , 1998年約1 000萬t,占全國工業(yè)粉塵排放量的78%[ 1 ] 。CO2 和SO2 排放量加劇了溫室效應和酸雨的產生,嚴重的污染了大氣環(huán)境。作為骨料的砂石,全世界每年的混凝土使用量約為20億m3 ,按每生產1 t混凝土大約需要1 700～2 000 kg砂石骨料計算,則消耗砂石骨料約為34～40億t。導致耕地和森林的毀壞,嚴重破壞生態(tài)平衡。生產過程影響是指混凝土從加水攪拌到澆注成型過程中的影響。目前全國大部分城市已經采用了預拌混凝土,但是還有相當一部分城市仍然應用傳統混凝土現場攪拌工藝?；炷猎跀嚢柽^程中產生很大的噪聲和粉塵污染,影響周遍居住環(huán)境,產生噪音和粉塵污染。后期影響是指混凝土結構體拆除后對環(huán)境的影響。隨著基礎設施建設的加大,每年有大量的建筑垃圾被堆棄,對環(huán)境造成極大的污染和負荷,尤其混凝土作為建筑材料中的一大宗材料占有一定的比重。這些混凝土建筑垃圾的堆棄,占用了大量耕地,破壞了生態(tài)環(huán)境。

1. 2　地球環(huán)境對混凝土的影響

　　目前地球大氣的環(huán)境問題主要有大氣中CO2 濃度的增長、氟里昂氣體引起的臭氧層破壞以及大氣污染引起的酸雨等。其中,大氣中CO2 濃度的增加會造成氣溫上升,加速混凝土的碳化過程。從而影響混凝土構件的耐久性,縮短建筑物的壽命。

1. 3　混凝土對人類居住環(huán)境的影響

　　隨著外加劑在住宅和公共建筑物工程中廣泛應用。混凝土中有一些對人體有害的組分逐漸釋放出來,加之現代建筑物的密閉化,造成室內空氣污染問題日益突出。特別是冬季施工的防凍劑散發(fā)出的氨氣,已經受到社會各界的普遍關注。防凍劑產品的研究開發(fā)使得在寒冷氣候下的混凝土冬季施工不必暫停,由此給建筑業(yè)創(chuàng)造了可觀的經濟效益。早期的防凍劑多以氯化鈉為主,在人們意識到氯離子對鋼筋的銹蝕作用后,開始以尿素作為防凍劑的有效成分。尿素在混凝土中水解,生成氨氣和二氧化碳,氨氣的揮發(fā)造成了建筑物室內的空氣污染。由防凍劑中尿素引起的混凝土中氨氣的釋放是一個漫長的過程,如果沒有有效的治理措施,氨的污染將伴隨這類建筑物的使用者十幾年甚至幾十年^{[ 1 ]} 。所以要注意混凝土對人類居住環(huán)境的影響。

2　混凝土綠色化的必然性

2. 1　環(huán)境污染的必然性

　　2. 1. 1　酸雨問題　酸雨是指pH值小于5. 6的降水,是排入大氣中的二氧化碳、二氧化硫,特別是二氧化硫,遇氧氣和水蒸氣,而形成酸。酸雨可導致人和動植物傷亡、土壤水體酸化、混凝土結構破壞。

　　2. 1. 2　溫室效應和全球變暖　空氣中含有CO2 ,其含量為0. 03%。但近些年,大氣中CO2 含量逐年增加,年增長率約0. 4%,他好象一層日益加厚的透明薄膜。太陽短波輻射可以透過大氣層射入地面,而地面增溫以后所放出的熱輻射,卻被大氣中的CO2 等氣體所抑制和吸收,難以逸出高空,使大氣增溫,日積月累,全球氣候變暖,猶如花房效應一樣,故稱為溫室效應^{[ 2 ]} 。其危害表現為:第一、氣候變暖,冰川冰帽和極地凍土消融,海平面上升,沿海的一些城市、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村有可能被淹沒。第二、森林濕地和極地凍土的破壞,會導致__生存在其中的許多動物加速滅絕。第三、氣候變化會影響糧食生產。

　　從以上幾個方面可以看出,作為混凝土膠凝材料的水泥生產,產生大量的CO2、SO2 氣體嚴重的污染大氣環(huán)境,如果不加以解決,造成的環(huán)境負荷問題將是災難性的。

2. 2　資源和能源消耗的必然性

　　混凝土材料所使用的主要礦產資源包括:粘土、石灰石、石膏(前三者用于水泥生產) 、砂、石、水。具有關資料統計我國2003年水泥產量已達8. 63億t。假設全部應用到混凝土中,水泥以每立方米用量260 kg計,則混凝土方量達到33億m3。若以每立方米混凝土中水泥∶水∶砂石= 12∶7∶80 (質量比)計,則用水量達5. 03億t,砂石材料57. 53億t?；炷辽a過程中使用的主要能源在于混凝土攪拌、運輸、泵送、震動等方面需要使用一些機械設備,這些機械設備需要消耗大量的電能,以及北方一些地區(qū)混凝土在冬季施工采用保溫措施所消耗的熱能。因此,對于水資源并不豐富,砂石材料在很多地方都出現緊缺的情況下,節(jié)約資源和能源問題就顯得特別突出。

3　混凝土的綠色化途徑

　　3. 1　降低水泥用量,大量利用工業(yè)廢渣,減少資源和能源的消耗近年來,我國水泥產量增長速度十分驚人。2003年我國水泥的產量達到8. 63億t,到2010年預計水泥產量將增至10億t。1 t水泥,消耗石灰石0. 98 t,粘土0. 18 t,標準煤0. 15 t,電110 度[ 5 ] 。按此計算,我國2003年消耗石灰石8. 46億t,粘土1. 55億t,標準煤129億t,電949. 3億度。到2010年預計將消耗石灰石98億t,粘土18億t,標準煤15億t,電1 100億度,其資源和能源消耗可想而知。然而工業(yè)廢渣的利用在建筑業(yè)占主導作用,如:粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等工業(yè)廢渣具有潛在的火山灰活性和物理特性。如果把這些工業(yè)廢渣大量的應用到水泥混凝土中代替一部分水泥,是一項可以在很大程度上減少資源和能源消耗的有效途徑。

　　由此可以看出降低水泥用量,大量利用工業(yè)廢渣,將大大減少由于混凝土越來越大需求帶來的資源和能源的消耗,利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

3. 2　使用海砂、再生骨料等多種代用骨料,保護自然資源

　　地球上的資源是有限的,許多資源是不可以再生的。工程建設是消耗資源和能源最大的活動,全世界每年混凝土用量達到20億m3 ,大量材料的生產和使用,消耗大量資源和能源。用海砂取代山砂和河砂作混凝土的細骨料,是解決混凝土細骨料資源問題的有效辦法。

　　全國每年從舊建筑物上拆下來的建筑垃圾的廢混凝土就有1 360萬t,加上每年新建房屋產生4 000萬t的建筑垃圾所產生的廢混凝土。如果把這些廢混凝土應用到新拌混凝土中作為再生骨料,將是減少環(huán)境負荷的有效方法。我國上海市建筑構件制品公司1997年開始利用建筑工地爆破拆除的基坑支護等廢棄混凝土制作混凝土空心砌塊,其產品各項技術指標完全符合上海市標準《混凝土小型空心砌塊工程及驗收工程》(DBJ08 - 203 - 93) ^{[ 3 ]} 。因此,大力開發(fā)新的資源作為混凝土的骨料,實現資源的循環(huán)利用。

3. 3　使用綠色混凝土外加劑,防止室內環(huán)境污染,保護人體健康

　　混凝土外加劑在現代混凝土材料和技術中起著重要作用,提高混凝土強度、改善混凝土性能、節(jié)省生產能耗等。但是由于某些早強劑、防凍劑等外加劑中存在著一部分有毒的物質,將在混凝土攪拌成型直到建筑物的使用過程中被釋放,污染環(huán)境、損害人體健康。

　　因此要嚴禁使用對人體可能產生危害或環(huán)境產生污染的物質的外加劑,使用綠色混凝土外加劑是混凝土綠色化的重要途徑。

3. 4　提高混凝土結構的安全使用壽命,減少因修補或拆除舊混凝土結構物造成的浪費

　　由于混凝土建筑物因各種原因產生早期破壞時有發(fā)生。隨著經濟的發(fā)展和環(huán)保意識的提高,使人們逐漸認識到延長混凝土建筑物的安全使用壽命不僅是最經濟的措施,也是減少環(huán)境污染的有效途徑。于是提高混凝土的安全使用壽命,將會減少大量建筑垃圾的產生,實現環(huán)境保護。

3. 5　大力推廣預拌混凝土,減少環(huán)境污染

　　預拌混凝土是一種在工廠將所有原材料配比混合好的作為商品出售的混凝土,它采用集中生產和統一供應,能為采用新技術與新材料,實行嚴格質量控制,改進施工方法,保證工程質量創(chuàng)造有利條件,在質量、效率、需求、能耗、環(huán)保等方面,具有無可比擬的合理性,與可持續(xù)發(fā)展有著密切的聯系。采用商品混凝土一般可以提高勞動生產率一倍以上,節(jié)約水泥,降低工程成本,同時可以保證工程質量,節(jié)約施工用地,減少粉塵污染,實現文明施工。因此大力推廣商品混凝土是減少環(huán)境污染的一項重要舉措。

4　結語

　　隨著科學技術的發(fā)展,可持續(xù)發(fā)展成為時代的主題。建筑領域為了達到可持續(xù)與環(huán)保,部分地區(qū)開始建設綠色生態(tài)住宅小區(qū),營造與自然資源生態(tài)環(huán)境相協調、資源節(jié)約型、安全舒適、健康衛(wèi)生、科學文明的居住環(huán)境。然而混凝土作為建筑物結構材料在建筑工程中發(fā)揮著重要作用。今后依然成為建筑工程中的主導材料。所以更應該加大對混凝土的綠色化,以達到節(jié)約資源、減少環(huán)境污染,保護環(huán)境的目的,最終實現混凝土的可持續(xù)發(fā)展。

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